1.2 计算机的系统组成
1946年，以美籍匈牙利数学家冯·诺依曼（如图1-6所示）为代表的研究人员提出了计算机制造的三个基本原则，为现代计算机的基本结构奠定了基础。目前为止，绝大多数计算机仍采用冯·诺依曼体系结构，其主要思想如下。
图1-6 冯·诺依曼（John von Neumann）
● 采用二进制表示计算机的数据和指令。
● 将程序和数据存放在存储器中，并自动执行。
● 计算机有运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备5个基本组成部分。
现在人们普遍使用的计算机基本属于微型计算机类，一般把微型计算机简称为计算机（本书以后提到的计算机都是指微型计算机）。一个完整的计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。硬件系统是计算机系统的物质基础，软件系统是计算机发挥功能的重要保证。计算机系统的组成如图1-7所示。
图1-7 计算机系统的组成
1.2.1 计算机的硬件系统
通俗地讲，硬件就是看得见、摸得着的物理实体，将组成计算机的物理实体进行设计组装好就构成了计算机的硬件系统。硬件系统包括计算机的主机和外部设备，具体由运算器、控制器、存储器（包括主存储器和辅助存储器）、输入设备和输出设备五大部分组成。运算器和控制器合起来叫中央处理器（Control Processing Unit，CPU），是整个计算机的核心，计算机的运算处理功能主要由它完成，同时它控制计算机的其他零部件，从而使得计算机的各个部件协调工作，CPU的外形如图1-8所示。
图1-8 中央处理器（CPU）的正反面
1.运算器
运算器是用来进行算术运算和逻辑运算的部件，是计算机对信息进行加工的场所。
2.控制器
控制器是计算机系统的指挥中心，指挥计算机各个零部件的正常工作。
3.存储器
存储器是具有记忆和暂存功能的部件，是计算机存储信息的仓库，是用于保存程序、数据及运算结果的记忆设备。存储器分为内存储器（简称内存或主存储器）和外存储器（简称外存或辅助存储器）。执行程序时，由控制器将程序从存储器中逐条取出，执行指令。
（1）内存储器
内存主要用来存放当前计算机运行时所需要的程序和数据，CPU处理数据时可以直接访问内存数据。根据作用的不同内存又可以分为随机存储器和只读存储器。
● 随机存储器（Random Access Memory，RAM）。计算机运行时，系统程序、应用程序及用户数据都临时存放在RAM中，关机或断电时，其中的信息将随之消失，随机存储器如图1-9所示
图1-9 随机存储器（内存条）
● 只读存储器（Read-Only Memory，ROM）。只能从中读取信息，而不能写入信息。当断电或关机时，其中的信息仍能保留，只读存储器如图1-10所示。
图1-10 只读存储器
（2）外存储器
外存用来存放所有的程序和数据，CPU不能直接访问。外存包括硬盘、光盘、移动存储（一般指U盘和移动硬盘）等。外存的特点是存储容量大，相对于内存而言，读/写速度慢且价格较便宜。
● 硬盘。由盘片、驱动器和控制器等部分组成，硬盘存储器的盘片和驱动器为一体，即使在断电的情况下硬盘中的信息也不会丢失，如图1-11所示。因此，通常把文件和程序存放在硬盘中。
图1-11 硬盘及硬盘内部结构图
● 光盘。光盘驱动器就是平常所说的光驱，是一种读/写光盘中信息的设备，光盘驱动器中可以放光盘，如图1-12所示。
图1-12 光驱（带光盘）
● 移动存储器。移动存储器是目前被广泛使用的外存，包含体积较大的移动硬盘和体积较小的U盘，如图1-13所示。
图1-13 移动硬盘和U盘
另外，由于CPU与内存之间存在很大的速度差别，为了减少这些差别，在CPU和内存之间设置了一种特殊的存储器——高速缓冲存储器（Cache），Cache位于CPU内部，它的读/写速度远远高于内存，在CPU与内存交换数据时起到缓存作用。
4.总线和主板
（1）总线
总线是系统部件之间传送信息的通道，是计算机中各种信号连接的总称，一般分为数据总线、地址总线和控制总线三种。
● 数据总线，主要用来传送各类数据信息。
● 地址总线，主要用来传送CPU发出的地址信息。
● 控制总线，主要用来传送各类控制信号。
（2）主板
主板又称母版，是计算机中的主体硬件。计算机主机内的各个部件都是通过一定的方式连接到主板上，主板结构如图1-14所示。
图1-14 主板结构
5.输入设备
输入设备是计算机接收外来信息的设备，用户用它来输入程序、数据和命令。在传送过程中，它先把各种信息转化为计算机所能识别的电信号，然后传入计算机。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪等。不同的输入设备性能差别很大，输入设备与主机通过一个称为“接口电路”的部件相连，实现信息交换。
6.输出设备
输出设备与输入设备相反，是用来显示CPU处理结果的部件。通常使用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
显示器又称监视器，目前通常使用的显示器是液晶显示器，液晶显示器的主要技术指标是屏幕尺寸和分辨率，液晶显示器的屏幕尺寸是指液晶面板的对角线尺寸。分辨率是对图像的精密度的一种度量。分辨率可以从显示分辨率与图像分辨率两个方向来分类。图像分辨率是单位英寸中所包含的像素点数。显示分辨率是屏幕图像的精密度，是指显示器所能显示的像素有多少。显示分辨率有流畅、标清、高清、超清等说法。
● 流畅分辨率是指行列像素数为640×360。
● 标清分辨率是指行列像素数为960×540。
● 高清分辨率是指行列像素数为1280×720。
● 超清分辨率是指行列像素数为1600×900。
● 1080P分辨率是指行列像素数为1920×1080。
● 2K分辨率是指行列像素数为2048×1080。
● 4K分辨率（超高清）是指行列像素数为3840×2160。
打印机用来打印程序结果、图形和文字资料等。打印机的种类很多，按照工作方式可分为针式打印机、喷墨打印机和激光打印机。
1.2.2 计算机的软件系统
软件是指计算机系统中使用的各种程序，而软件系统是指控制整个计算机硬件系统工作的程序集合。软件系统的主要作用是使得计算机性能得到充分的发挥，人们通过软件系统可以实现不同的功能。
计算机的软件系统可以分为系统软件和应用软件两大类。
1.系统软件
系统软件负责管理计算机系统中各个独立的硬件，使得它们可以协调工作，一般分为操作系统、语言处理程序、程序设计语言及服务性程序等。
（1）操作系统
在计算机软件中最重要的软件就是操作系统（Operating System，OS）。操作系统是最底层的软件，它控制计算机运行的所有程序并管理整个计算机的资源，是计算机裸机与应用程序及用户之间的桥梁。没有操作系统，用户就无法使用软件和程序。从资源管理的角度看，它具有CPU管理、存储器管理、设备管理和文件管理四项功能。常用的操作系统有Windows操作系统、UNIX操作系统和Linux操作系统等。
（2）语言处理程序
计算机只能直接识别和执行机器语言，因此要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序。
（3）程序设计语言
程序设计语言通常分为三类，即机器语言、汇编语言和高级语言。
机器语言是用二进制代码表示的计算机能直接识别并执行的一系列机器指令的集合，具有灵活、直接执行和速度快的特点，但难读、难编、难记易出错编写困难。
汇编语言用与代码指令实际意义相近的英文缩写词、字母和数字符号来取代指令代码，所以比机器语言更容易理解和记忆，但仍旧面向机器。
高级语言接近人类的自然语言且能为计算机所接受，语义确定、规则明确、通俗易学，是面向用户的语言，如C语言、Java语言等。
（4）服务性程序
服务性程序是一些辅助性程序，它提供其他运行软件所需的服务，例如用于程序的装入、链接、编辑和调试用的装入程序、链接程序、编辑程序及调试程序等。
2.应用软件
应用软件是用户利用计算机硬件和系统软件，为解决各种实际应用问题而编写的程序，分为应用软件包和用户程序。应用软件包是利用计算机来解决某类问题而设计的程序的集合，可供多用户使用，如Word、Excel等。用户程序是为满足用户不同领域、不同问题的应用需求而提供的用户软件。